专利名称：合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体分离领域，具体涉及一种合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置。
背景技术：
合成氨生产工艺中所需的氮气来自空气，因此将随着空气带入氩气。而且由于原料中甲烷不能完全变换，或者在造气工艺中采用了甲烷化工序，而使合成原料气中增添了一些甲烷。由于氩和甲烷在合成系统中是不起反应的，所以必然会在系统中积累，因此合成系统必须经常抽出一部分驰放气。在此驰放气中除了氩和甲烷以外，很自然地将包含一定数量的氢和氮。通常会将含量较高的氢和氮大部分回收利用，将剩余含氢、氮、氩、甲烷的驰放气去锅炉燃烧。液体甲烷是一种优质能源，具有热值高、洁净、燃烧污染小等特点，且便于运输，是 21世纪中国城市民用燃气首选燃料。液体甲烷可作为优质的车用燃料，与汽车烧汽油相比， 它具有热值高、抗爆性好、燃烧完全、排气污染少、发动机寿命长、降低运输成本等优点，即使与使用压缩天然气的汽车相比，它也具有储存效率高、加一次气续行程远，车装钢瓶压力小、重量轻、数量小；建站不受供气管网的限制等优越之处。有利于环境保护，减少城市污染；液氩广泛应用于冶金、石化、机械、化肥、玻璃、军工、食品、医疗等领域。由于空气中氩的含量少(0.093%)，传统空分制氩，生产成本高。如果驰放气中的氩和甲烷不能得到回收利用将是极大的浪费。
发明内容针对目前合成氨驰放气只回收氢、氮，而氩和甲烷不能得到分离提纯的不足，本实用新型提供一种制冷量利用率高、能耗低、产品纯度高的合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置。本实用新型的技术方案是这样实现的一种合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置，包括冷箱、原料驰放气管道、与原料驰放气管道相连通的设置有第一分子筛吸附器 MSl和第二分子筛吸附器MS2的纯化系统、提供分离液化所需冷量的制冷系统、逐级分离原料驰放气的精馏系统，所述的制冷系统包括低压循环氮压机TC1、中压循环氮压机TC2、低温增压透平膨胀机ET2、高温增压透平膨胀机ET1、主换热器E1、液化器E2，外界的氮气通过管道与低压循环氮压机TCl相连通，低压循环氮压机TCl通过管道分别与低温增压透平膨胀机ET2、高温增压透平膨胀机ETl相连通，低温增压透平膨胀机ET2通过管道与液化器 E2、主换热器El相连接，主换热器El通过管道与低压循环氮压机TCl相连接，高温增压透平膨胀机ETl通过管道与主换热器El相连接，主换热器El通过管道与低压循环氮压机TCl 相连接；所述的精馏系统包括闪蒸罐Si、安装有第一冷凝器K4和第一蒸发器Kl的脱氢塔 Cl、安装有第二冷凝器K5和第二蒸发器K2的脱氮塔C2以及安装有第三冷凝器K6和第三蒸发器K3的产品塔C3，外界的驰放气通过管道与纯化系统相连通，纯化系统通过穿过主换热器El的管道与第三蒸发器K3相连接，第三蒸发器K3通过管道与液化器E2相连接，液化器E2通过管道与闪蒸罐Sl相连接通，闪蒸罐Sl通过管道与脱氢塔Cl相连接，脱氢塔Cl 通过管道与脱氮塔C2相连接，脱氮塔C2通过管道与产品塔C3相连接；外界的氮气通过管道与中压循环氮压机TC2相连接，中压循环氮压机TC2通过管道与主换热器El相连接，主换热器El通过管道与第二蒸发器K2相连接，第二蒸发器K2通过管道与第一蒸发器Kl相连接，第一蒸发器Kl又通过管道分别与脱氢塔Cl中的第一冷凝器K4、脱氮塔C2中的第二冷凝器K5、产品塔C3中的第三冷凝器K6相连接，脱氢塔Cl、脱氮塔C2、产品塔C3的上部分别通过管道与液化器E2相连接，液化器E2通过管道与主换热器 El相连接，主换热器El通过管道与中压循环氮压机TC2相连接。所述的闪蒸罐S1、主换热器E1、液化器E2、低温增压透平膨胀机ET2和高温增压透平膨胀机ETl的膨胀端均置于冷箱内。所述的脱氮塔C2顶部通过穿过液化器E2、主换热器El的管道与电加热器HE相连接，电加热器HE通过管道与纯化系统相连接。所述的低压循环氮压机TCl通过管道与高温透平膨胀机增压端Bl相连接，高温透平膨胀机增压端Bl通过管道与第一水冷却器WEl相连接，第一水冷却器WEl通过管道与高温透平膨胀机ETl相连接；所述的低压循环氮压机TCl通过管道与低温透平膨胀机增压端 B2相连接，低温透平膨胀机增压端B2通过管道与第二水冷却器WE2相连接，第二水冷却器 WE2穿过主换热器El与低温透平膨胀机ET2相连接。本实用新型具有如下的积极效果本实用新型通过双膨胀制冷，减少有效能损失， 降低装置能耗；通过设置三个精馏塔，使产品的纯度高，且回收率高。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置，包括冷箱、原料驰放气管道1、与原料驰放气管道1相连通的设置有第一分子筛吸附器MSl和第二分子筛吸附器MS2的纯化系统、提供分离液化所需冷量的制冷系统、逐级分离原料驰放气的精馏系统， 所述的制冷系统包括低压循环氮压机TC1、中压循环氮压机TC2、低温增压透平膨胀机ET2、 高温增压透平膨胀机ET1、主换热器E1、液化器E2，外界的氮气通过管道与低压循环氮压机 TCl相连通，低压循环氮压机TCl通过管道分别与低温增压透平膨胀机ET2、高温增压透平膨胀机ETl相连通，低温增压透平膨胀机ET2通过管道与液化器E2、主换热器El相连接，主换热器El通过管道与低压循环氮压机TCl相连接，高温增压透平膨胀机ETl相连通通过管道与主换热器El相连接，主换热器El通过管道与低压循环氮压机TCl相连接；所述的精馏系统包括闪蒸罐Si、安装有第一冷凝器K4和第一蒸发器Kl的脱氢塔 Cl、安装有第二冷凝器K5和第二蒸发器K2的脱氮塔C2以及安装有第三冷凝器K6和第三蒸发器K3的产品塔C3，外界的驰放气通过管道与纯化系统相连通，纯化系统通过穿过主换热器El的管道与第三蒸发器K3相连接，第三蒸发器K3通过管道与液化器E2相连接，液化器E2通过管道与闪蒸罐Sl相连接通，闪蒸罐Sl通过管道与脱氢塔Cl相连接，脱氢塔Cl 通过管道与脱氮塔C2相连接，脱氮塔C2通过管道与产品塔C3相连接；外界的氮气通过管道与中压循环氮压机TC2相连接，中压循环氮压机TC2通过管道与主换热器El相连接，主换热器El通过管道与第二蒸发器K2相连接，第二蒸发器K2通过管道与第一蒸发器Kl相连接，第一蒸发器Kl又通过管道分别与脱氢塔Cl中的第一冷凝器K4、脱氮塔C2中的第二冷凝器K5、产品塔C3中的第三冷凝器K6，脱氢塔Cl、脱氮塔C2、 产品塔C3的上部分别通过管道与液化器E2相连接，液化器E2通过管道与中压循环氮压机 TC2相连接。所述的闪蒸罐Si、主换热器E1、液化器E2、低温增压透平膨胀机ET2和高温增压透平膨胀机ETl的膨胀端均置于冷箱内。所述的脱氮塔C2顶部通过穿过液化器E2、主换热器 El的管道与电加热器HE相连接，电加热器HE通过管道与纯化系统相连接。所述的低压循环氮压机TCl通过管道与高温透平膨胀机增压端Bl相连接，高温透平膨胀机增压端Bl通过管道与第一水冷却器WEl相连接，第一水冷却器WEl通过管道与高温透平膨胀机ETl相连接；所述的低压循环氮压机TCl通过管道与低温透平膨胀机增压端B2相连接，低温透平膨胀机增压端B2通过管道与第二水冷却器WE2相连接，第二水冷却器WE2穿过主换热器El 与低温透平膨胀机ET2相连接。一种分离氩与甲烷的方法，其方法如下1)压力为0. 5Mpa-10. OMpa原料驰放气通过原料驰放气管道1进入纯化系统中第一分子筛吸附器MSl或第二分子筛吸附器MS2，除去驰放气中微量的水份、二氧化碳、氨等杂质，净化后的驰放气通过净化后驰放气管道2去主换热器El换热，被冷却到气液混合状态，然后出主换热器El通过第一气液混合管道3去产品塔C3中的第三蒸发器K3，将液态甲烷蒸发的同时自身得到再次冷却，冷却后通过第二气液混合管道4去液化器E2继续冷却并液化，液化后通过第一液体管道5进闪蒸罐Sl节流闪蒸；2)所述1)中的闪蒸罐Sl将大部分的氢闪蒸分离，含氢较多的富氢通过富氢管道 6经主换热器El复热后通过富氢排除管道7出冷箱，闪蒸罐底部的液体通过第二液体管道 8进入脱氢塔Cl，在脱氢塔Cl进行热质交换、冷凝蒸发，在脱氢塔Cl顶部得到废氢气，在脱氢塔Cl底部得到贫氢液；3)所述2、中的脱氢塔Cl顶部得到废氢气通过废氢气管道16经液化器E2、主换热器El复热后通过废氢气排出管道17出冷箱，脱氢塔Cl底部得到贫氢液通过贫氢液管道 9送入脱氮塔C2，在脱氮塔C2中进行热质交换、冷凝蒸发，在脱氮塔C2顶部得到氮气，在脱氮塔C2底部得到贫氮液；4)所述幻中脱氮塔C2顶部得到氮气通过第一氮气管道14经液化器E2、主换热器El复热出冷箱，通过第二氮气管道15在电加热器HE中加热至170 180°C，去第二分子筛吸附器MS2或第一分子筛吸附器MSl再生活化分子筛，然后通过消音器SL放空；脱氮塔 C2底部得到贫氮液通过贫氮液管道10送入产品塔C3，在产品塔C3中进行热质交换、冷凝蒸发，在产品塔C3顶部得到废氩气通过废氩气管道13出冷箱，在产品塔C3上部得到纯度为99. 999%以上的液氩通过液氩管道12出冷箱，在产品塔C3底部得到纯度为99%以上的液体甲烷通过液化天然气管道11出冷箱；5)低压循环氮压机TCl通过第十氮气管道18将来自外界的氮气压缩至0.4Mpa-l. OMpa，分成两部分，一部分氮气通过第三氮气管道21去高温透平膨胀机ETl的增压端Bl增压并经第一水冷却器TOl冷却后，通过第一水冷却管道22去高温透平膨胀机ETl 膨胀，膨胀后通过第一膨胀机管道23去主换热器El提供高温冷量，复热后通过第一循环管道M出冷箱，去低压循环氮压机TCl循环压缩；另一部分氮气通过第四氮气管道25去低温透平膨胀机ET2的增压端B2增压并经第二水冷却器TO2冷却后，通过第二水冷却管道沈去主换热器El进一步降温后抽出，通过第一主换热器管道27去低温透平膨胀机ET2膨胀， 膨胀后通过第二膨胀机管道观去液化器E2、主换热器El，提供低温冷量，复热后通过第二循环管道四出冷箱，去低压循环氮压机TCl循环压缩。6)中压循环氮压机TC2通过第十一氮气管道19将来自外界的氮气压缩至
1.5Mpa-2. 5Mpa，通过第五氮气管道31在主换热器El中冷却后抽出，通过第一液氮管道32 去脱氮塔C2作为第二蒸发器K2的热源，将贫氮液蒸发，蒸发贫氮液的同时再次冷却，冷却后通过第二液氮管道33去脱氢塔Cl作为第一蒸发器Kl的热源，将贫氢液蒸发后冷却液化为液氮，液氮通过第六液氮管道34分成三部分，节流后分别通过第三液氮管道35、第四液氮管道37、第五液氮管道39去脱氢塔Cl、脱氮塔C2、产品塔C3中为第一冷凝器K4、第二冷凝器K5、第三冷凝器K6提供冷量，脱氢塔Cl、脱氮塔C2、产品塔C3的冷凝器中汽化后的氮气通过第六氮气管道36、第七氮气管道38、第八氮气管道40合并后第九氮气管道41去液化器E2、主换热器E1，复热后出冷箱，通过第十一氮气管道30去中压循环氮压机TC2循环压缩。本实用新型通过双膨胀制冷，减少有效能损失，降低装置能耗，较单膨胀制冷能耗降低5%左右。通过设置三个精馏塔，使产品的纯度高，回收率高。液氩纯度达99. 999%， 回收率达96% ；液体甲烷的纯度99%以上，回收率99%以上。本实用新型并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置，包括冷箱、原料驰放气管道(1)、与原料驰放气管道(1)相连通的设置有第一分子筛吸附器MSl和第二分子筛吸附器MS2的纯化系统、提供分离液化所需冷量的制冷系统、逐级分离原料驰放气的精馏系统，其特征在于所述的制冷系统包括低压循环氮压机TC1、中压循环氮压机TC2、低温增压透平膨胀机 ET2、高温增压透平膨胀机ET1、主换热器E1、液化器E2，外界的氮气通过管道与低压循环氮压机TCl相连通，低压循环氮压机TCl通过管道分别与低温增压透平膨胀机ET2、高温增压透平膨胀机ETl相连通，低温增压透平膨胀机ET2通过管道与液化器E2、主换热器El相连接，主换热器El通过管道与低压循环氮压机TCl相连接，高温增压透平膨胀机ETl通过管道与主换热器El相连接，主换热器El通过管道与低压循环氮压机TCl相连接；所述的精馏系统包括闪蒸罐Si、安装有第一冷凝器K4和第一蒸发器Kl的脱氢塔Cl、 安装有第二冷凝器K5和第二蒸发器K2的脱氮塔C2以及安装有第三冷凝器K6和第三蒸发器K3的产品塔C3，外界的驰放气通过管道与纯化系统相连通，纯化系统通过穿过主换热器 El的管道与第三蒸发器K3相连接，第三蒸发器K3通过管道与液化器E2相连接，液化器E2 通过管道与闪蒸罐Sl相连接通，闪蒸罐Sl通过管道与脱氢塔Cl相连接，脱氢塔Cl通过管道与脱氮塔C2相连接，脱氮塔C2通过管道与产品塔C3相连接；外界的氮气通过管道与中压循环氮压机TC2相连接，中压循环氮压机TC2通过管道与主换热器El相连接，主换热器El通过管道与第二蒸发器K2相连接，第二蒸发器K2通过管道与第一蒸发器Kl相连接，第一蒸发器Kl又通过管道分别与脱氢塔Cl中的第一冷凝器 K4、脱氮塔C2中的第二冷凝器K5、产品塔C3中的第三冷凝器K6相连接，脱氢塔Cl、脱氮塔 C2、产品塔C3的上部分别通过管道与液化器E2相连接，液化器E2通过管道与主换热器El 相连接，主换热器El通过管道与中压循环氮压机TC2相连接。
2.根据权利要求1所述的合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置，其特征在于所述的闪蒸罐Si、主换热器E1、液化器E2、低温增压透平膨胀机ET2和高温增压透平膨胀机 ETl的膨胀端均置于冷箱内。
3.根据权利要求1所述的合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置，其特征在于所述的脱氮塔C2顶部通过穿过液化器E2、主换热器El的管道与电加热器HE相连接，电加热器HE通过管道与纯化系统相连接。
4.根据权利要求1所述的合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置，其特征在于所述的低压循环氮压机TCl通过管道与高温透平膨胀机增压端Bl相连接，高温透平膨胀机增压端Bl通过管道与第一水冷却器WEl相连接，第一水冷却器WEl通过管道与高温透平膨胀机ETl相连接；所述的低压循环氮压机TCl通过管道与低温透平膨胀机增压端B2相连接， 低温透平膨胀机增压端B2通过管道与第二水冷却器WE2相连接，第二水冷却器WE2穿过主换热器El与低温透平膨胀机ET2相连接。专利摘要本实用新型涉及一种合成氨驰放气中氩与甲烷的分离回收装置，包括冷箱、原料驰放气管道、与原料驰放气管道相连通的设置有第一分子筛吸附器MS1和第二分子筛吸附器MS2的纯化系统、提供分离液化所需冷量的制冷系统、逐级分离原料驰放气的精馏系统，所述的制冷系统包括低压循环氮氩机TC1、中压循环氮压机TC2、低温增压透平膨胀机ET2、高温增压透平膨胀机ET1、主换热器E1、液化器E2，所述的精馏系统包括闪蒸罐S1、安装有第一冷凝器K4和第一蒸发器K1的脱氢塔C1、安装有第二冷凝器K5和第二蒸发器K2的脱氮塔C2以及安装有第三冷凝器K6和第三蒸发器K3的产品塔C3，本实用新型产品的纯度高，回收率高。
文档编号F25J3/02GK201945138SQ201020544058
公开日2011年8月24日 申请日期2010年9月27日 优先权日2010年9月27日
发明者刘景武, 汤广斌, 裴红珍, 郑小平, 马源 申请人:开封空分集团有限公司